Effect of Electron-Phonon Interaction on the Resistivity of Metal Films as Sensor Electronics Elements

Abstract

Сучасні технології електроніки і сенсорної техніки дозволяють отримувати плівкові матеріали нанометрової товщини із унікальними властивостями, які не є типовими для масивного стану. Експериментально встановлено, що перехід від масивного до плівкового матеріалу призводить до змін його фізичних властивостей. Основні причини цього пов’язані: з різною структурою матеріалів; розмірними ефектами, які виникають у результаті обмеження середньої довжини вільного пробігу носіїв електричного струму зовнішніми поверхнями плівки або геометричними розмірами кристалітів; зміною частотних і енергетичних характеристик атомів кристалічної решітки під дією температурного фактору. На основі температурних залежностей питомого опору одношарових металевих плівок благородних металів (Pd, Pt і Ag) проаналізовані особливості високотемпературної електрон-фононної взаємодії. Нами установлено, що кутовий коефiцiєнт лiнiйної дiлянки температурних залежностей питомого опору одношарових плiвок зростає при зменшеннi їх товщини. При зменшенні товщини плівки середня енергія фонона збільшується, що призводить до підвищення ефективності електрон-фононного розсіювання і, як наслідок цього, – зростання питомого опору.

Modern technologies of electronics and sensor technic make it possible to obtain nanometer-thick film materials with unique properties that are not typical for the bulk state. It was experimentally established that the transition from bulk to film material leads to changes in its physical properties. The main reasons for this are related to: the different structure of materials; size effects that arise as a result of limiting the average length of the free path of electric current carriers by the outer surfaces of the film or the geometric dimensions of the crystallites; by changing the frequency and energy characteristics of the atoms of the crystal lattice under the influence of the temperature factor. Based on the temperature dependences of the resistivity of single-layer films of noble metals the features of high-temperature electron-phonon interaction were analyzed. We established that the angular coefficient of the linear section of the temperature dependences of the single-layer metal films resistivity increases with a decrease in their thickness. When the film thickness decreases, the average phonon energy increases, which leads to an increase in the efficiency of electron-phonon scattering and, as a consequence, an increase in resistivity.